1. Adailton Medeiros
Samuel Sena
Vanira Schmitt Martinhago
GRAFENO
Salvador – 2012

2. Adailton Medeiros
Samuel Sena
Vanira Schmitt Martinhago
GRAFENO
Trabalho apresentado como avaliação parcial da disciplina
Princípios da Ciência e Tecnologia dos Materiais no
Centro Universitário Estácio da Bahia, sob orientação do
Prof. Gilson Amorim.
Salvador – 2012

3. SUMÁRIO
OBJETIVO ---------------------------------------------------------------------------------------- 1
JUSTIFICATIVA --------------------------------------------------------------------------------- 2
O QUE É GRAFENO ---------------------------------------------------------------------------- 3
MÉTODO DE PRODUÇÃO -------------------------------------------------------------------- 4
PASSOS PARA OBTENÇÃO ------------------------------------------------------------------ 5
PROPRIEDADES E APLICAÇÕES --------------------------------------------------------- 6
CONCLUSÃO ------------------------------------------------------------------------------------ 8
REFERÊNCIAS ---------------------------------------------------------------------------------- 9

4. OBJETIVO
O presente trabalho tem por objetivo apresentar o grafeno, o material mais forte
e impermeável do mundo obtido no ano de 2004 e que substituirá o silício por possuir
propriedades elétricas superiores. O grafeno promete aplicações futuras em
nanotecnologia que não eram concebíveis antes da sua descoberta. Além disso, é
flexível e 200 vezes mais resistente que o aço, com alta condutividade térmica e
elétrica.

5. 1
JUSTIFICATIVA
O silício é, atualmente, muito utilizado na indústria eletrônica, como material
básico para a produção de chips, células solares e diversas variedades de circuitos
eletrônicos, por possuir boa condutividade elétrica. Com o constante avanço da
tecnologia, houve um aumento da exploração das propriedades do silício, chegando a
um ponto em que se torna mais difícil manipulá-lo para atender às necessidades e à
crescente demanda de tecnologia no século XXI.
Em 2004 os pesquisadores Andre Geim e Konstantin Novoselov, descobriram a
obtenção do grafeno como substituto do silício. A partir daí abre-se uma nova
possibilidade para aperfeiçoar as tecnologias contemporâneas, visto que o novo material
conduz elétrons 60 vezes mais rápido que o silício. Além das propriedades elétricas, as
mecânicas chamam bastante atenção: É o material mais impermeável do mundo,
podendo conter até o gás hélio, que possui um átomo muito leve e pequeno. É, também,
o material mais forte já descoberto que, dentro de suas proporções, pode superar o
diamante. Já existem pesquisas para utilizar nanotubos de carbono (camadas de grafeno
dispostas em pequenos tubos) como estruturas na construção civil.
A escolha do tema se dá pela versatilidade do grafeno, este material recém-
descoberto e que promete abrir as portas para uma revolução tecnológica no mundo.

6. 2
O QUE É O GRAFENO
O grafeno é um cristal formado por vários átomos de carbono em uma malha
hexagonal, dispostos numa única camada, o que o torna desprovido de espessura. Por ser um
condutor flexível, transparente e mecanicamente resistente, o grafeno poderá no futuro, ser
utilizado em telas ultrafinas, flexíveis e sensíveis ao toque para tevê, computadores, celulares e
livros digitais. Transitores de grafeno seriam mais rápidos que os de silício e chips com maior
capacidade de processamento poderiam ser fabricados. O grafeno é considerado o elemento
estrutural básico de alguns alótropos de carbono, incluindo os fulerenos, os nanotubos
de carbono e o grafite.
Fulereno Nanotubo Grafite
O nome “grafeno” surgiu da junção dos termos “grafite” e “alqueno”, uma vez
que o grafite consiste em várias folhas de grafeno empacotadas (HAMILTON &
BARRON, 2010). Descrições como “camada de grafite”, “camada de carbono” ou
“folha de carbono” têm sido ainda utilizadas para descrever o termo grafeno, porém se
considera correto utilizar este termo apenas quando reações, relações estruturais ou
outras propriedades de camadas individuais são discutidas e/ou estudadas.

7. 3
MÉTODO DE PRODUÇÃO DO GRAFENO
Uma das técnicas para a produção do grafeno é através da esfoliação do grafite.
Esta pode produzir materiais livres de defeitos com propriedades excepcionais, porém
não é possível produzir quantidades significativamente grandes para viabilizar sua
utilização como reforço em nanocompósitos. Portando, o desenvolvimento de métodos
eficientes que consigam promover sua produção em larga escala para sua plena
utilização em aplicações industriais se tornou necessário. Atualmente, o método mais
utilizado para a produção de grafeno em quantidades maiores se dá através da redução
do óxido de grafite.
O grafite possui uma estrutura lamelar, na qual folhas de grafeno estão
empacotadas e unidas por forças de van der Waals (ALLEN et al, 2010). Vencer estas
forças para isolar essas folhas é o maior obstáculo na produção do grafeno por
esfoliação mecânica (HAMILTON & BARRON, 2010). Entretanto, em 2004,
pesquisadores desenvolveram um método para isolar essas folhas de grafeno a partir do
grafite, o chamado método da fita adesiva.
Este método consiste em remover camadas de um floco de grafite utilizando
uma fita adesiva como agente de esfoliação mecânica, após várias repetições de
movimentos de “cola e descola” com a fita. Esta fita adesiva é então pressionada contra
um suporte de dióxido de silício (SiO 2), a fim de que estas camadas sejam transferidas
para este suporte (NOVOSELOV et al, 2004). Embora os fragmentos presentes na fita
possam ter mais do que uma camada de espessura, as forças de van der Waals, que
também atuam entre o fragmento e o suporte, podem promover o isolamento de apenas
uma única camada quando a fita é removida (NOVOSELOV et al, 2004; ALLEN et al,
2010

8. 4
PASSOS PARA OBTENÇÃO DA AMOSTRA
1 – Estender uma tira de fita adesiva sobre uma mesa devidamente limpa
2 - Com o auxílio de uma pinça esterilizada, colocar um pedaço de grafite de boa
qualidade sobre a fita
3 – Dobrar a fita adesiva sobre o grafite
4 – Desdobrar a fita lentamente para que camadas de grafeno possam ser liberadas.
5 – Repetir o passo “4” até que se forme uma camada fina.

9. 5
PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
A partir desta descoberta foi possível estudar as propriedades do grafeno que se
revelou um material extraordinário:
• Os átomos e carbono formam uma rede hexagonal, quase sem defeitos; no
laboratório de Geim já se produziram flocos de grafeno com dimensões de
0,1mm.
• Os electrões propagam-se no grafeno, sem serem desviados por colisões, em
distâncias enormes, muito maiores que na maioria dos semicondutores; isso
permitirá transistores muito mais rápidos;
• Devido à estrutura hexagonal do grafeno, os electrões, portam-se como se não
tivessem massa, isto é, como neutrinos. Neutrinos são partículas que se
deslocam sempre à velocidade da luz, como os fotões, mas que têm spin semi-
inteiro como os electrões. Há uma variedade de fenômenos relativistas que
podem ser estudados experimentalmente no grafeno.
• Uma das conseqüências da natureza relativista do electrões no grafeno é a
absorção de 2% da luz incidente normalmente a uma folha de grafeno; isso torna
uma folha de espessura de um átomo visível a olho nu!
Com todas essas impressionantes propriedades, é possível imaginar uma grande
gama de aplicações para o grafeno, podendo variar desde transistores até reforço de
materiais compósitos.
Vamos citar algumas destas aplicações:
Atualmente, as aplicações mais promissoras para o grafeno estão na sua utilização
em dispositivos eletrônicos, tornando o grafeno o possível sucessor do silício na
fabricação de eletrônicos. Entretanto, as incríveis propriedades mecânicas e de barreira
tornam o grafeno muito promissor como reforço na fabricação de nanocompósitos,
podendo melhorar as propriedade de polímeros termoplásticos e termorrígidos.
Não é de hoje que o grafeno tem se mostrado uma espécie de “super material”,
podendo ser aplicado nas mais diversas e loucas tecnologias – como em roupas
eletrônicas, semicondutores de altíssimo desempenho, destilação de vodka e até no
desenvolvimento da invisibilidade. A mais nova capacidade desse elemento é
transformar água salgada em potável.
Esse processo, criado por pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology
(MIT), consiste na transição da água salgada através de um filtro de grafeno
extremamente fino, no qual somente as moléculas de água conseguem passar. Assim, o
sal fica retido nesse filtro. A nova técnica apresenta resultados de pureza duas a três
vezes melhores do que os métodos adotados atualmente.

10. 6
Nova geração de baterias com grafeno pode durar até dez vezes mais,
Pesquisadores da Universidade Northwestern, situada nos Estados Unidos, afirmam ter
criado um novo tipo de bateria de íons de lítio, a qual é capaz de durar até dez vezes
mais que os modelos atuais, presentes em celulares e notebooks. De acordo com os
dados da pesquisa, o aumento de dez vezes é válido também para a velocidade de
recarga do componente. Harold Kung, professor encarregado pelo projeto, explica que
a diferença das novas baterias está no uso do grafeno - um componente que também está
sendo estudado para uso em processadores, devido às altas velocidades que ele suporta.
O grafeno é disposto em inúmeras camadas dentro do componente, cada uma delas
tendo apenas um átomo de espessura. Os íons de lítio são colocados entre o grafeno,
com o diferencial de que agora têm acesso a atalhos dentro da estrutura, o que agiliza
todo o processo de recarga.
Grafeno pode deixar sua calça sempre limpa. Pesquisadores da Universidade de
Vanderbilt, nos Estados Unidos, desenvolveram novas maneiras de se aplicar o grafeno,
que pode funcionar como um forte repelente ou forte absorvente de líquidos.
Camadas transparentes do material podem ser aplicadas em tecidos. O contato com
o líquido pode, então, formar uma fina camada, espalhando o que foi derrubado, mas
não permitindo que ele acesse o tecido.
Por outro lado, também é capaz de repelir completamente o líquido. Sua utilização
pode ser em roupas, pára-brisas de carros e em óculos, para que nunca fiquem sujos.
Moduladores de grafeno permitem conexões com velocidade que ultrapassa
os 100 terabits. Cientistas da Universidade de Berkeley, na Califórnia, desenvolveram
um novo processo que usa o grafeno como forma de acelerar a velocidade alcançada por
conexões de internet. A equipe, liderada pelo professor de engenharia Xiang Zhang,
construiu um modulador capaz de elevar a velocidade da transmissão de dados em taxas
que chegam a 100 terabits. A novidade é constituída por um pequeno dispositivo ótico
revestido por uma camada de grafeno, que serve como forma de desligar e ligar uma
série de luzes. Esse princípio atua como base de funcionamento para moduladores de
rede, responsáveis por controlar o envio de pacotes de dados – quanto maior a
velocidade do processo, maior o número de informações transmitidas.
O material também consegue trabalhar em frequências de até 500 GHz (número
surpreendente comparado ao 1 GHz dos moduladores convencionais), e o tamanho
diminuto permite o uso de cabos muito mais finos que os atuais. Segundo Xiang Zhang,
a nova tecnologia deve permitir que, em breve, a transferência de vídeos 3D em alta
definição para a tela de smartphones se torne mera questão de segundos.

11. 7
CONCLUSÃO
O grafeno é uma nanoestrutura de carbono, com a espessura de um átomo. Um
novo e prodigioso material, com propriedades extraordinárias. Possui características
eléctricas, ópticas, mecânicas e térmicas sem igual. Além disso, é transparente, sendo
necessário ser colocado sobre uma fina placa de óxido de silício para ser visível, é a
substância mais resistente que se conhece, sendo mais forte que o aço. Em conclusão o
grafeno abriu novas avenidas ao nosso conhecimento de ciência fundamental e promete
aplicações futuras em nanotecnologia que não eram concebíveis antes da sua
descoberta.

12. 8
REFERÊNCIAS
http://info.abril.com.br/noticias/ciencia/entenda-o-grafeno-o-substituto-do-silicio-02082011-
33.shl
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=cientistas-domam-
eletrons-grafeno-molecular&id=010165120320
http://arsphysica.wordpress.com/2011/03/17/grafeno-alem-da-nanoeletronica/
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sil%C3%ADcio
http://www.tecmundo.com.br/grafeno/

13. 9